基于BIM+GIS技术的高原地区施工管理方法探索

高雪飞

（山东省禹城市人民医院，山东 德州 251200）

我国幅员辽阔，地形类型多样，其中高原地区面积占全国国土面积的26.04%。高原地区的施工管理水平对于我国整体的施工管理水平具有突出的重要意义。由于高原地区的地理环境特殊性，使得施工人员在整个施工过程中都要应对高原低氧、强日照辐射、干燥等问题，所进行的项目也要面临复杂的地质、气候等环境问题，从而造成高原地区的施工管理方法与内地存在着一定的差异。随着我国施工管理水平的不断进步，节约资源，生态保护等问题成为现阶段施工发展的主要关心问题。目前高原地区在施工管理领域整体还停留在诸如CAD等二维层面，管理效率不高，亟待创新。随着BIM+GIS技术引入工程，相关人员可以更加便捷、高效地对项目的各项工作进行管理。

BIM技术的三维可视化特点在项目设计初期就可以起到优化作用，然后依托其强大的数据存储以及数据共享能力可以实现项目全生命周期的优化，为项目管理者节省大量的时间、资源及经费。目前BIM技术在工程领域的应用日趋成熟，对于各种建筑的模型表达也日渐完善，而对于建筑周围的具体地质环境问题缺乏有效的展示。GIS技术对于整个地理分布数据具有强大的采集、储存、分析等功能，可以很好地与BIM技术进行优势互补。通过BIM+GIS技术，将项目的各个环节进行模块化集成，最终形成服务于项目的施工管理系统，进而为我国打造“智慧城市”创造了必要条件。

目前政府逐渐重视起BIM+GIS技术的发展融合以及专业应用，在国家和地区层面推出了一系列对BIM相关软件以及GIS相关软件的利好政策。在施工项目过程中的设计、施工、运营全方面都起到了推动作用。另外建筑业市场需求的持续增长也是对BIM+GIS技术行业正向驱动的一大因素之一。随着我国城市化水平的不断提高，对于民用、公用、商用的施工市场需求增长的背景下，BIM+GIS技术也有望依托于市场大环境需求的扩大而迎来一波繁荣发展的机会。

1 概述

1.1 BIM的发展现状

BIM这一概念最早在20世纪70年代由乔治亚理工大学的Chuck Eastman提出，在经历了萌芽、产生阶段之后，目前BIM在全世界范围内蓬勃发展。我国的BIM技术虽然引入较晚，但随着国家政策的引导与落实，BIM技术也在逐渐走向成熟，企业应用BIM技术也在逐渐成为常态。

目前我国对于BIM的实际应用主要停留在建模方面，对于开发项目相关的施工管理平台以及各软件协同等方面的研究还处于起步阶段。整体BIM行业的技术集约化程度不高，对于行业的标准体系的完善程度缺乏管理，目前对于BIM技术应用程度较高的城市主要集中在北京、深圳、上海等地的施工项目中。随着计算机信息技术的发展，BIM技术逐渐从建模拓展应用到工程领域中全生命周期的建设与管理，进一步解放其对于建筑行业的经济效益和使用价值，为项目的决策者带来了新的选择。

1.2 GIS技术发展现状

GIS技术作为比较重要的空间信息系统早在20世纪60年代就被提出并且得到重视开始迅速发展，主要被应用于处理和分析地理空间数据。随着计算机应用技术的发展，其作为信息技术和空间技术的交叉学科的特殊性使得GIS技术目前被广泛应用于各个领域。由于GIS技术的重要性，我国在20世纪70年代就将GIS技术引入，虽然我国的GIS技术起步较晚，但因为投入了大量的人才进行研究，使得目前我国已经有了诸如MapGIS、Citystar等具有自主知识产权的GIS软件，并拥有了完善的GIS软件市场

随着计算机应用技术的发展，其作为信息技术和空间技术的交叉学科的特殊性使得GIS技术目前被广泛应用于各个领域。在工程领域，GIS对于地理信息强大的处理能力，为施工设计及施工运维等阶段提供了极大的便利性。

1.3 BIM+GIS技术的发展现状

BIM+GIS技术在国外的起步较早，Isikdag等人最早开始研究基于不同格式的BIM和GIS数据转换， 随着Esri和Autodesk公司宣布成立合作伙伴关系，BIM和GIS之间的数据交换将变得更为便捷，这使得BIM+GIS技术可以更加广泛的应用于各种工程项目之中。

相对于国外的BIM+GIS技术研究进展，国内在工程施工管理领域实际应用的技术案例相对较少，但随着科研人员对于BIM+GIS技术研究的逐渐深入，各种针对项目所开发的施工项目管理平台也逐渐多了起来。2020年在北京国际会议中心召开的GIS软件技术大会中的“BIM+GIS”与CIM专题论坛提到了通过以新一代三维GIS为基础的BIM+GIS与CIM 信息化平台，将链接新基建涉及的工程项目中的规划、建设、管理各阶段应用。

1.4 高原施工管理的应用现状

由于高原地区的地理位置特殊性，项目的施工管理水平无法做到与内地完全保持一致。在2005年末基本完成施工的青藏铁路10号标段的项目信息管理还是根据项目文件和在建设过程中发生的重大事件编写的《信息简报》。经过内地BIM和GIS技术应用的发展和普及，于2021年初正式竣工的西藏非物质遗产博物馆首次运用BIM技术，2021年建成通车的川藏铁路工程中也应用了基于BIM+GIS技术开发的信息化工程管理平台。

2 基于BIM_GIS技术的高原项目施工管理平台的关键点分析

2.1 BIM与GIS之间的数据转换问题

随着BIM技术在工程领域内推广开来，各种BIM软件层出不穷，这就导致BIM的数据格式多种多样，从而使得BIM中的族库和其他建筑信息无法有效进行数据互通。因此，buildingSMART（建筑智慧国际联盟）为了促进各参与方可以在建筑工程全生命周期过程中进行高效的协同作业制定了BIM的通用数据标准 基础类（Industry Foundation Class——IFC）。IFC作为目前唯一支持数据交互性的公共标准，为后续BIM与GIS技术的数据交互提供了极大的便利。

表1 BIM与GIS各文件数据类型区别

GIS技术中的CityGML格式作为一种同时包含目标的语义、拓扑、语义、几何、外观等方面的属性并可以对三维宏观城市模型进行表达的数据模型，在2008年8月被OGC（开放地理空间信息模型）作为OGC的官方标准。因为CityGML格式兼顾了城市和区域中的地物类型以及相互关系，目前BIM+GIS技术的相关研究人员主要把数据转换的重点放在从IFC到CityGML的转换。

从BIM到GIS的数据格式转换面临的问题主要包括多层次几何信息提取和转换和语义信息的映射两方面。关于几何信息的提取和转换以及语义信息的映射。目前的问题主要出现在基于坐标转换的不准确以及几何信息的丢失或增加等方面，而这也是目前相关研究人员正在努力克服的一大技术难点。

2.2 基于BIM+GIS的模型轻量化问题

BIM+GIS技术涉及到项目流程的全生命周期的建设与管理，在整个项目的施工管理平台建设好之后会占用很大的电脑存储空间，因此BIM+GIS技术的模型轻量化问题也是目前相关研究人员正在努力克服的一大技术难题。

目前关于BIM+GIS技术的模型轻量化问题的主流解决方案是用基于WebGL（3D绘图协议）的Cesium(用于显示三维地球和地图的开源JavaScript库)去开发一个云计算平台（Cloud Computing Platform），将数据通过C/S架构或B/S架构上传到合适的数据库中，利用服务器端对于数据强大的存储、计算能力来实现对于BIM、GIS模型的快速加载以及整个项目施工管理平台信息的实时更新。这样既解决了BIM+GIS技术会占用较大的电脑存储空间问题同时还可以实现施工管理平台的实时交互功能，并且因为Cesium作为一款开源产品可以大大降低前期的研发成本。

2.3 针对高原项目施工管理所面临的问题

高原地区地形复杂、环境特殊，利用常规的施工管理手段通常无法及时解决施工现场产生的各类问题，最终造成工期延误、成本浪费等不良后果；高原地区施工作业人员来源复杂，在现场施工以及后期维护过程中容易出现沟通困难的问题。

3 基于BIM_GIS技术的高原施工管理方法可行性分析

3.1 高原施工组织设计阶段可行性分析

高原地区地形复杂、勘测难度大，前期的设计阶段相较于内地来讲更加困难。利用GIS中的激光雷达技术对地形进行初期的勘测，并将所得的数据在BIM+GIS平台上呈现出来，可以使得设计阶段在软件上就可以独立完成。这样就避免了人工绘图时的重复绘制，大大降低了人力成本，提高了设计阶段的工作效率。

3.2 高原施工运行阶段可行性分析

在施工运行阶段，由于高原地区的地形、天气等实时信息对于施工作业人员的安全十分重要，凭借延时的天气预报无法精准对施工人员的人身安全做出保证，并且对于现场施工的突发状况，管理人员不在场时无法及时准确对现场实行有效的调度。使用BIM+GIS技术集成的管理平台，可以实时更新天气状况并对施工现场进行有效的检测以及人员沟通。

3.3 施工后期运维可行性分析

在施工完成一段时间后，设备老化、墙体开裂、漏水等一系列问题的及时解决也成为了业主方和甲方以及施工单位需要频繁沟通的基本方面。而BIM+GIS技术集成的管理平台所带有的多终端互动可以及时解决各方的需求。

4 结论

在BIM技术发展方面，在行业内单一引入BIM软件存在着推广难、行业体系标准不完善、人才存在大量缺口等重要制约因素。目前市面上主要流通的BIM软件多为国外研发的软件，其标准主要为国外服务，很难对接到国内的具体施工管理中，而且目前大部分建筑企业对于BIM技术的重视和认知程度不够，所以不利于单一BIM技术的推广。对于BIM技术的信息管理标准的不完善造成了对于整个施工流程涉及到的数据的管理、协调等工作的处理困难，限制了整个行业的进一步发展。对于BIM技术相关的专业技术人才与行业人才需求量不匹配也成为制约行业发展的另一大重要因素。在GIS技术发展方面，模型、数据结构等方面的不完善也在制约着行业的发展。数据结构方面，GIS对于处理地理位置关系的过程过于冗长，并且缺乏了DEM与RS直接结合的能力。模型方面，随着对空间数据模型和空间数据结构有了更高精度的要求，使得传统的各种GIS软件在处理具有高精度的空间数据模型和空间数据结构的要求时显得力不从心，弊端逐渐暴露出来。

基于BIM+GIS技术的高原施工管理平台可有效提高施工设计质量，保障施工过程安全、缩短施工周期、协调三方关系。将施工管理信息与平台相关联，实现施工总过程中的信息可视化表达，确保了全建设周期信息管理的完整与全面。基于BIM+GIS技术管理平台的信息管理，在保证决策和管理顺利实施的同时，也有效规避了各项工程风险、促进了工程技术创新的良性发展，为进一步实现高原“智慧城市”这一设想提供了现实依据。